RU2060907C1

RU2060907C1 - Method of decorative cutting

Info

Publication number: RU2060907C1
Authority: RU
Inventors: Галина Анатольевна Ладыгина
Original assignee: Галина Анатольевна Ладыгина
Priority date: 1992-05-06
Filing date: 1992-05-06
Publication date: 1996-05-27

Abstract

FIELD: method of decorative cutting. SUBSTANCE: birch bark is used as material, before cutting the material is secured for stretching. EFFECT: facilitated procedure.

Description

Изобретение относится к декоративно-художественной обработке листовых заготовок из бересты и может быть использовано в производстве различных изделий из берестяных заготовок с прорезной резьбой, имеющей тонкий ажурный узор. The invention relates to decorative and artistic processing of sheet billets from birch bark and can be used in the manufacture of various products from birch bark blanks with a slotted thread having a delicate openwork pattern.

Известен способ художественной резки бересты, согласно которому производят подготовку к резанию, размещая заготовку на рабочей поверхности и нанося рисунок с помощью тупого шила, и последующее резание. There is a method of artistic cutting of birch bark, according to which they prepare for cutting, placing the workpiece on the work surface and applying a drawing with a blunt awl, and subsequent cutting.

Недостаток данного способа низкая производительность. The disadvantage of this method is low productivity.

Задача изобретения повышение производительности изготовления изделий из бересты путем увеличения скорости резания с сохранением ажурности узора, получаемого при ручной резке. The objective of the invention is to increase the productivity of manufacturing products from birch bark by increasing the cutting speed while maintaining the delicacy of the pattern obtained by manual cutting.

Для этого в способе художественной резки бересты, включающем подготовку заготовки к резанию и последующее резание относительным перемещением режущего инструмента и заготовки, в процессе подготовки заготовку ориентируют относительно режущего инструмента и закрепляют в растянутом виде, а в качестве режущего инструмента используют сфокусированное лазерное излучение. To do this, in the method of artistic cutting of birch bark, which includes preparing the workpiece for cutting and subsequent cutting by relative movement of the cutting tool and the workpiece, in the process of preparing the workpiece is oriented relative to the cutting tool and fixed in stretched form, and focused laser radiation is used as the cutting tool.

Кроме того, в зону резания подают сжатый газ. In addition, compressed gas is supplied to the cutting zone.

Сущность резания заключается в том, что, попадая под действие сфокусированного луча лазера, береста сгорает, при этом образуется отверстие малого диаметра. Использование в качестве режущего инструмента сфокусированного лазерного излучения позволяет значительно повысить скорость резания (до 6 м/мин), следовательно, можно говорить о значительном повышении производительности. При этом ширина реза при лазерной обработке бересты настолько мала (до 0,1 мм), что появляется возможность не только сохранить ажурность ручной резки, но и получить уникальные рисунки с тончайшим узором, который вручную выполнить невозможно. Необходимость закрепления заготовки в растянутом виде вызвана особенностями обрабатываемого материала (береста) и процесса резания, при котором должно обеспечиваться неизменное положение фокальной плоскости относительно поверхности заготовки. В противном случае ширина реза будет меняться, а рисунок будет искажаться. The essence of cutting is that, falling under the action of a focused laser beam, birch bark burns, and a small diameter hole is formed. Using focused laser radiation as a cutting tool can significantly increase the cutting speed (up to 6 m / min), therefore, we can talk about a significant increase in productivity. At the same time, the width of the cut during laser processing of birch bark is so small (up to 0.1 mm) that it becomes possible not only to maintain the delicacy of manual cutting, but also to obtain unique patterns with the finest pattern that cannot be made manually. The need to fix the workpiece in a stretched form is caused by the features of the material being processed (birch bark) and the cutting process, in which the focal plane should remain unchanged relative to the workpiece surface. Otherwise, the width of the cut will change, and the pattern will be distorted.

Резание бересты сфокусированным лазерным излучением позволяет применять средства программного управления относительным перемещением инструмента и заготовки и тем самым обеспечить высокую повторяемость рисунка с сохранением возможности его оперативной замены. Исключается также и операция разметки рисунка. Cutting birch bark with focused laser radiation makes it possible to use software tools to control the relative movement of the tool and the workpiece, and thereby ensure high repeatability of the pattern while maintaining the possibility of its rapid replacement. The markup operation is also excluded.

П р и м е р. Заготовку закрепляют в приспособлении, например в тисках, установленных на столе трехкоординатного станка с ЧПУ. При этом заготовку располагают изнаночной стороной к лучу, чтобы следы сажи, которые возникают в момент прожога, в начале резки находились на изнаночной стороне, а затем растягивают в продольном направлении. После этого задают режимы резания. Известно, что чем больше мощность излучения лазера и чем меньше пятно, в которое сфокусировано излучение лазера, тем больше должна быть скорость перемещения луча для получения узкого качественного реза. Получение качественного реза обеспечивается также применением струи сжатого газа, который подают в зону резки соосно с лучом лазера через специальное сопло. Факторами, влияющими на качество резки и скорость резания, являются условия формирования струи, давление и род газа. Сжатый газ служит для выдувания продуктов сгорания и предотвращения возгорания бересты за пределами зоны резания (сфокусированного пятна лазерного излучения), уменьшения обугленной зоны по краям реза. Все вышеперечисленные параметры и условия взаимосвязаны и качественный рез можно получить лишь при определенном их сочетании. Однако в литературе нет рекомендаций по выбору параметров резания бересты. Поэтому автором были проведены исследования процесса резания и экспериментально определены режимы резания. Режимы резания могут быть различными и определяются исходя из возможностей лазерной установки, устройства перемещения и необходимого качества реза, а также толщины заготовки. Так, для твердотельного лазера ЛТН 103 на АИГ с неодимом с длиной волны лазерного излучения λ1,06 мкм, непрерывным лазерным излучением, фокусирующей линзой с фокусным расстоянием F=50 мм и двухкратной телескопической линзой диапазоны режимов резания могут изменяться в следующих пределах:
Мощность излучения, Вт 5-250
Скорость резания, м/мин 0,05-6
Давление сжатого газа, атм 1-3.PRI me R. The workpiece is fixed in the fixture, for example in a vice mounted on the table of a three-coordinate CNC machine. In this case, the workpiece is placed on the wrong side of the beam so that the traces of soot that occur at the time of burning through are located on the wrong side at the beginning of cutting and then stretched in the longitudinal direction. After that, the cutting modes are set. It is known that the greater the laser radiation power and the smaller the spot into which the laser radiation is focused, the greater the speed of the beam must be in order to obtain a narrow high-quality cut. A high-quality cut is also provided by using a jet of compressed gas, which is fed into the cutting zone coaxially with the laser beam through a special nozzle. Factors affecting the quality of cutting and cutting speed are the conditions for the formation of the jet, pressure and type of gas. Compressed gas is used to blow out combustion products and prevent the fire of birch bark outside the cutting zone (focused spot of laser radiation), to reduce the charred zone along the edges of the cut. All of the above parameters and conditions are interrelated and a quality cut can be obtained only with a certain combination of them. However, in the literature there are no recommendations on the choice of cutting parameters for birch bark. Therefore, the author conducted research on the cutting process and experimentally determined cutting conditions. The cutting conditions can be different and are determined based on the capabilities of the laser installation, the moving device and the required cut quality, as well as the thickness of the workpiece. So, for a solid-state laser LTN 103 on AIG with neodymium with a wavelength of laser radiation λ1.06 μm, continuous laser radiation, a focusing lens with a focal length F = 50 mm and a double telescopic lens, the ranges of cutting conditions can vary in the following ranges:
Radiation power, W 5-250
Cutting speed, m / min 0.05-6
Compressed gas pressure, atm 1-3.

При различном сочетании мощности излучения и скорости резания ширина реза меняется в пределах от 0,1 до 0,5 мм, при этом при нарушении этого сочетания изменяется ширина обугленной зоны вдоль реза или рез совсем отсутствует, Так, для бересты толщиной 1,2 мм при мощности лазера 5 Вт и скорости резки 0,072 м/мин с давлением сжатого газа (воздуха) 1 атм ширина реза составляет 0,1-0,15 мм, ширина обугленной зоны 0,03 мм. При мощности лазерного излучения 80 Вт и скорости резки 1,800 м/мин ширина реза составляет 0,3-0,35 мм, ширина обугленной зоны 0,1мм. Задаваясь необходимой шириной реза и его качеством, можно подобрать соответствующие им мощность и скорость резки при заданной фокусирующей оптике и заданном положении фокальной плоскости. Для достижения параллельных кромок реза лазерное излучение фокусировалось на поверхности заготовки или с небольшим углублением фокальной плоскости. Для данного лазера и фокусирующей оптики оптимальный режим будет следующим: при мощности лазера 30-40 Вт и скорости резки 800-900 мм/мин качество реза достаточно хорошее, ширина реза составляет 0,2-0,3 мм, а ширина обугленной зоны 0,05 мм. With a different combination of radiation power and cutting speed, the cut width varies from 0.1 to 0.5 mm, while if this combination is violated, the width of the charred zone along the cut changes or the cut is completely absent. Thus, for birch bark 1.2 mm thick at laser power 5 W and cutting speeds of 0.072 m / min with a pressure of compressed gas (air) of 1 atm, the cut width is 0.1-0.15 mm, the width of the charred zone is 0.03 mm. With a laser power of 80 W and a cutting speed of 1,800 m / min, the cut width is 0.3-0.35 mm, the width of the carbonized zone is 0.1 mm. Given the necessary width of the cut and its quality, it is possible to choose the corresponding power and cutting speed for a given focusing optics and a given position of the focal plane. To achieve parallel cutting edges, the laser radiation was focused on the surface of the workpiece or with a small deepening of the focal plane. For this laser and focusing optics, the optimal mode will be as follows: with a laser power of 30-40 W and a cutting speed of 800-900 mm / min, the quality of the cut is good enough, the width of the cut is 0.2-0.3 mm, and the width of the carbonized zone is 0, 05 mm.

Для газового лазера ИЛГН 709 на CO₂ с длиной волны λ10,6 мкм, непрерывным лазерным излучением и фокусным расстоянием линзы F=100 мм режимы будут другими. При мощности в 100 Вт скорость резания будет составлять 0,5-3 м/мин, а ширина реза 0,5-0,8 мм при давлении сжатого газа (воздуха), как в предыдущем примере 1-3 атм.For a gas laser ILGN 709 on CO ₂ with a wavelength of λ10.6 μm, continuous laser radiation and a focal length of the lens F = 100 mm, the modes will be different. With a power of 100 W, the cutting speed will be 0.5-3 m / min, and the cut width is 0.5-0.8 mm at a pressure of compressed gas (air), as in the previous example 1-3 atm.

Задав эти режимы, производят непосредственно резку заготовки, при этом перемещает стол с заготовкой по заранее заданной программе относительно луча лазера. Возможно также перемещение лазерного луча относительно заготовки. Это зависит от конструкции установки, на которой производят резание. Having set these modes, they directly cut the workpiece, while moving the table with the workpiece according to a predetermined program relative to the laser beam. It is also possible to move the laser beam relative to the workpiece. It depends on the design of the machine on which the cutting is performed.

В результате резания получается тонкий ажурный узор с высоким качеством. As a result of cutting, a thin openwork pattern with high quality is obtained.

Claims

A method of artistic cutting, including cutting flat materials with focused laser radiation with the simultaneous supply of compressed gas, characterized in that birch bark is used as the material, and before cutting, it is fixed with the possibility of stretching.